第3章+TMS320C54x硬件系统设计.ppt

1、第3章 TMS320C54x硬件系统设计,3.1 TMS320C54x硬件组成部分3.2 TMS320C54x的时钟及复位电路设计 3.3 供电系统设计3.4 外部存储器和I/O扩展设计3.5 A/D和D/A接口设计3.6 3.3V和5V混合逻辑设计3.7 JTAG在线仿真调试接口电路设计,3.1 TMS320C54x硬件组成部分,典型的DSP目标板包括DSP、存储器、模拟控制与处理电路、各种控制口与通信口、电源处理以及为并行处理提供的同步电路等,引脚(144)按功能分为：电源引脚时钟引脚控制引脚：用来产生和接收外部器件的各种控制信号地址引脚：用来寻址外部程序空间、外部数据空间和片外I/O空间

2、数据引脚：用于在处理器、外部数据存储器、程序存储器和I/O器件之间进行16位数据并行传输外部中断引脚通信端口引脚通用I/O引脚,电源引脚,C5402采用双电源供电，其引脚有：CVDD（16、52、68、91、125、142），电压为+1.8V，为CPU内核提供的专用电源；DVDD（4、33、56、75、112、130），电压为+3.3V，为各I/O引脚提供的电源；VSS（3、14、34、40、50、57、70、76、93、106、111、128），接地。,3.2 TMS320C54x的时钟及复位电路设计,3.2.1 时钟电路 1.时钟信号的产生 两种方法：一是使用外部时钟源的时钟信号。外部时钟

3、源可以采用频率稳定的晶体振荡器，使用方便，价格便宜，因而得到广泛应用。二是利用DSP芯片内部的振荡器构成时钟电路。,电容C1、C2通常在030pF之间，它们可对时钟频率起到微调作用,3.2.2 DSP复位电路复位电路的作用是确保微机系统中电路稳定可靠工作，复位状态决定了芯片的最初情况。C54x复位期间，处理器将进行如下操作：,将下列状态位置为初始值，即ST0=1800H，ST1=2900H，IPTR=1FFH：,注意：,复位期间，不对其余的状态位和堆栈指针SP初始化；,ARP=0 ASM=0 AVIS=0 BRAF=0 C=1 C16=0 CLKOFF=0 CMPT=0 CPL=0 DP=0

4、DROM=0 FRCT=0 HM=0 INTM=1 OVA=0 OVB=0 OVLY=0 OVM=0 SXM=1 TC=1 XF=1,注意：软件复位RESET影响ST0和ST1寄存器，INTM位被置为1用以禁止可屏蔽中断，但是不会影响PMST寄存器。,硬件复位方式（2种）：上电复位、手动（按键）复位。复位的重要性：对于DSP系统而言，复位电路虽然只占很小的一部分，但它的好坏将直接影响系统的稳定性。复位方法：当时钟电路工作后，只要在RS引脚上出现两个以上外部时钟周期的低电平，芯片内部所有相关寄存器都初始化复位。只要RS保持低电平，则芯片始终处于复位状态。只有当此引脚变为高电平后，芯片内的程序才可

5、以从FF80H地址开始运行。,复位电路,1.RC复位电路P102 利用RC电路的延迟特性给出复位需要的低电平时间。在上电瞬间，由于电容C上的电压不能突变，所以通过电阻R进行充电，充电时间由RC的乘积值决定。,RC复位电路,能够保证系统正常复位。但其功耗较大，可靠性差。电源出现瞬态降落时，响应速度较慢，无法产生符合要求的脉冲。另外电阻、电容受工作环境特别是温度的影响较大。DSP系统的时钟频率较高，在运行中极易产生干扰和被干扰。,2.专用的复位电路 RC复位电路特点：结构简单，但可靠性差，在恶劣的环境中很容易受到干扰影响，引起误动作。因此，在要求比较高的场合，为保证设备的正常运行，必须设置硬件监控

6、电路。专用复位电路（监控复位芯片，俗称“看门狗”电路）：监控复位芯片是微处理器的监控复位集成电路，它能提供上电复位、掉电复位、电压跌落复位、备份电池切换和看门狗定时输出等多种功能。如MAXIM公司推出的MAX706。,MAX706应用：MAX706应用在DSP中的接线如图所示。MR手动复位引脚内部有上拉电阻，可直接通过一个按键接地。不管是上电、手动、掉电或程序走飞等引起的复位，7脚至少会保持140ms的低电平，保证DSP系统复位，大大提高了系统抗干扰的能力。,C54x系列芯片电源分为两种，即内核电源与I/O电源。I/O电源一般采用3.3V设计；内核电源采用3.3V、2.5V或1.8V电源3.3

7、.1 DSP供电电源设计(1)3.3V单电源供电。可选用TI公司的TPS7133、TPS7233、TPS7333芯片，也可以选用Maxim公司的MAX604、MAX748芯片或LT1117-3.3等芯片。(2)采用双电源供电。可以采用TPS73HD301、TPS73HD325、TPS73HD318等系列芯片。,3.3 供电系统设计,TMS320C5402 DSP的CPU工作电压是1.8V，片内I/O设备工作电压是3.3V。TPS76318是将5V直流电压转换为1.8V的电压调整器，TPS76333是将5V直流电压转换为3.3V的电压调整器。,理想情况下，两电源应同时加电。若不能做到同时加电，应

8、先对DVDD加电，然后再对CVDD加电。,3.4 外部存储器和I/O扩展设计,扩展的原因：对于数据运算量和存储容量要求较高的系统，在应用DSP芯片作为核心器件时,由于芯片自身的内存和I/O资源有限，往往需要存储器和I/O的扩展。此外，片内ROM通常不可写，在出厂时固化；而RAM掉电丢失，因此想要脱离仿真器后上电就可以运行程序，必须外扩存储器。,外部存储器主要分为两类。,ROM RAM,包括EPROM、E2PROM和FLASH等。,分为静态RAM(SRAM)和动态RAM(DRAM),ROM主要用于存储用户的程序和系统常数表,一般映射在程序存储空间。,RAM常选择速度较高的快速RAM,既可以用作程

9、序空间的存储器,也可以用作数据空间的存储器。,扩展的方法：C54x DSP的外部接口包括数据总线、地址总线和一组用于访问片外存储器与I/O端口的控制信号线。P104 C54x DSP外部程序、数据存储器以及I/O扩展地址和数据总线复用（A16及以上的地址总线只在寻址片外程序空间时有效），完全依靠片选和读写选通配合时序控制扩展。外部接口总线是一组并行接口。它有两个相互排斥的选通信号/MSTRB和/IOSTRB。前者用于访问外部程序或数据存储器，后者用于访问I/O设备。读/写信号则控制数据传送的方向。,3.4.1 外扩数据存储器设计 在选择外部存储器时，应考虑的主要问题：(1)电压 在DSP应用系

10、统中最好使用同一工作电压的外部存储器（+5V，+3.3V，+1.8V），以方便系统的硬件设计，提高存取效率。(2)速度 DSP无论是运算还是存取数据，速度都很快。必须选择高速的存储器与之匹配。当存储器的速度无法实现与DSP的同步时，则DSP需要以软件或硬件的方式插入等待周期，以便和外部存储器或外设交换数据。(3)容量 外部存储器的容量大小应由系统需求来决定。除应注意总容量的大小外，还要注意数据总线的位数。在系统设计时，建议选用具有相同数据总线位数的DSP芯片和外部存储器，这样将有助于简化软件设计。,采用高速数据存储器ICSI64LVl6。其电源电压为3.3V，与TMS320C54x外设电压相同

11、，有64K字、128K字容量的芯片型号可供选择。ICSI64LVl6分别有16条地址和数据线，控制线包括片选CE，读选通OE，写允许WE，高位字节选通UB和低位字节选通LB。P105,该数据存储器占用64K字的地址（0000H-FFFFh),假如该数据存储器占用的地址为（2000H-FFFFh)，ICSI64LVl6的供电电压与TMS320C54x外设电压不同，应该如何设计？,3.4.2外扩程序存储器,C54x程序地址总线为1623条，根据不同的芯片配置的地址总线数不同。数据总线16条，可以与16条数据总线的各种程序存储器连接。,以C5402和AT公司生产的AT29LVl024 FlashRO

12、M为例,C5402有20条地址线，最多可以扩展到1M字的程序存储空间。AT29LVl024有16条地址和数据线，有三条控制线，分别是片选、编程写入线和读允许线。P106,假如需要扩展两片AT29LVl024，他们的地址分别是：00000h0FFFFh和100001FFFFh,应如何设计该接口电路？,3.4.3 I/O(输入输出接口)扩展电路,由于TMS320C54x的片内通用I/O资源有限，而实际应用中，很多情况需要通过输入输出接口完成外设与DSP的联系，因此一个电子系统中往往要进行I/O口的扩展，下面以常用I/O输入设备键盘和I/O输出设备显示器为例，介绍如何实现TMS320C54x的I/O

13、口扩展设计。,液晶显示电路设计 TMS320C5402芯片和EPSON的液晶模块TCM-A0902的接口设计,液晶模块的A0引脚为数据寄存器和命令寄存器选择引脚。A0=1时，对液晶的数据寄存器操作；A0=0时，对液晶的命令寄存器操作。扩展的液晶模块占用两个I/O口地址，数据端口地址为0BFFFH,命令端口地址为3FFFH,TMS320C5402芯片和液晶模块TCM-A0902的接口设计,A0=1时，对液晶的数据寄存器操作；A0=0时，对液晶的命令寄存器操作。扩展的液晶模块占用两个I/O口地址，数据端口地址为BFFFH,命令端口地址为3FFFH,命令端口地址：,COMMP=CFFFH,数据端口地

14、址：,DATAP=EFFFH,键盘接口电路设计,介绍通过锁存器74HC573扩展一个35的矩阵式键盘。74HC573是一个带有输出使能和锁存控制端的锁存缓冲器。,键盘扩展占用两个I/O端口地址,读键盘地址为0EFFFH，写键盘端口地址0DFFFH。,引脚说明 74HC573的真值表,连接图：,读键盘地址为7FFFH,写键盘地址为0BFFFH,工作原理,按键的识别,写端口输出，WKEYP=00000；,读端口输入，读RKEYP。,判断RKEYP值。,如果RKEYP=111，则无按键按下；,如果RKEYP111，则有按键按下。,X,行扫描确定按键的位置,行扫描：依次给每行线输入0信号，检测所对应的

15、列信号。,从WKEYP口依次输出行代码:,11110X0；11101X1；11011X2；10111X3；01111X4。,由RKEYP口读入状态,查询读入的数据，确定列代码。,110Y0；101Y1；011Y2。,X,综合扩展应用,若同时扩展程序存储器、数据存储器和I/O时，C54x的控制逻辑必须考虑信号的时序和电平的配合。,扩展示意图,C5402存储器、显示器和键盘连接图,3.5 A/D和D/A接口设计 A/D转换器主要技术指标：位数（精度）、转换速率、器件价格等。DSP与A/D之间的连接线：读/写控制线、片选线、数据线。数据线连接方式：并行和串行。串行连接线少，硬件简单，有很多ADC芯片

16、可以与DSP串口实现无缝连接，即不需要任何外围电路，因此有很广泛的应用，例如TLC320AD50C与DSP的接口电路，但由于串行接口速度较低，满足不了对A/D数据传输速度高的场合。并行总线和ADC连接时，ADC相当于一个I/O设备或存储器设备，DSP的总线经过译码来访问和控制ADC。,TMS320VC5402与TLC320AD50的接口电路设计TLC320AD50提供了高分辨率的A/D和D/A转换。TLC320AD50可以通过同步串口与DSP相连接。,主机时钟,3.6 3.3V和5V混合逻辑设计,在设计DSP系统时，如果能采用3.3V芯片设计当然最好，但实际中往往存在混合设计，在一个系统中同时

17、存在3.3V和5V系列芯片，让两种电压芯片的输入输出直接相连是不行的，因为5V的芯片虽然可以承受3.3V的电压，但是会造成电平逻辑混乱；3.3V的芯片更是不能承受5V的电压。所以在有5V和3.3V芯片共存的系统中就存在一个混合逻辑设计（电平转换芯片）的问题。,表3-7 5V TTL、CMOS和3.3V逻辑电平参考数据,3.7 JTAG 在线仿真调试接口电路设计,仿真电缆和DSP JTAG测试口的连接是通过一个14脚的插头座(仿真头)来实现的。仿真头上信号连接关系如图3-12所示：,其中主要引脚TDI测试数据的输入TDO测试数据的输出TMS是测试模式选择TCK和TCK_RET是测试时钟的输出和返回。,当仿真器与DSP距离大于6英寸或小于6英寸时，DSP芯片JTAG逻辑测试口和14脚的仿真座之间的连接关系不同。,小于6英寸时，它们之间可以不加缓冲驱动器大于6英寸时，它们之间必须加缓冲驱动器,距离大于6 inch的连接图,距离小于6 inch的连接图,